DE3529638A1

DE3529638A1 - Begasungsvorrichtung fuer eine flotationseinrichtung und deren verwendung in papierstoffanlagen, insbesondere zum deinken von altpapier

Info

Publication number: DE3529638A1
Application number: DE19853529638
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. Dr. 7980 Ravensburg Linck; Wolfgang Dipl.-Ing. Dr. 7981 Weingartshof Siewert
Original assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH; Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-08-19
Publication date: 1986-07-17
Also published as: SE8603022L; CH665962A5; DE3529638C2; FR2584947A1; FR2584947B1; SE8603022D0

Description

Begasungsvorrichtung für eine Flotationseinrich-
tung und deren Verwendung in Papierstoffanlagen, insbesondere zum Deinken von Altpapier Die Erfindung betrifft eine Begasungsvorrichtung für eine Flotationseinrichtung mit einem Kanal mit wenigstens einer stufenförmig und sprunghaften Erweiterung des Durchflussquerschnittes, durch den das zu begasende, fliessfähige Medium geführt ist, wobei in der Nachbarschaft wenigstens einer Stelle mit sprunghafter Querschnittserweiterung wenigstens eine Oeffnung zur Gaszuführung vorgesehen ist.
Eine mit einer solchen Begasungsvorrichtung versehene Flotationseinrichtung ist insbesondere zur Flotation von Faserstoffsuspensionen zur Papierherstellung geeignet, wobei sich aus der Suspension zu entfernende Partikel an die gebildeten Gasblasen anlagern und als Flotationsschaum von der Oberfläche abgeführt werden können. Einrichtungen dieser Art werden speziell zur Reinigung von aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspensionen benötigt. Jedoch sind auch andere Verwendungen möglich, bei denen ein fliessfähiges Medium mit möglichst hoher Gasbeladung in einen Flotationsbehälter einzuführen ist, um eine Anlagerung von Partikeln an die Gasblasen zu erreichen. Als Gas kann dabei Luft oder ein geeignetes anderes Gas dienen.
Begasungsvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus CH-581 493 als sogenannte Stufendiffusoren in verschiedenen Varianten für unterschiedliche Verwendungen bekannt. Vorteilhaft ist dabei, dass solche Begasungsvorrichtungen selbstansaugend arbeiten, so dass deren Betriebssicherheit ausserordentlich gut ist.
Aus B. Eck "Technische Strömungslehre' (Springer 1966) sind Vorschriften für die geometrische Auslegung solcher Stufendiffusoren bekannt. Dabei wird empfohlen, dass der Geschwindigkeitsabfall an jedem Stufensprung etwa gleich gross ist, weil so der Druckrückgewinn am grössten ist, und die Länge der Teilstufen etwa das sechs- bis siebenfache der Durchmesserdifferenz betragen soll, um ein gleichmässiges Geschwindigkeitsprofil zu erreichen.
In der prioritätsälteren DE 34 01 161 sind besonders für die Reinigung von aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspensionen geeignete Flotationseinrichtungen mit speziell angepassten Begasungsvorrichtungen beschrieben. Unter Beachtung der genannten Dimensionierungsvorschriften liessen sich damit Gasbeladungen, d.h. ein Quotient der zugeführten Luftmenge zur Flüssigkeitsmenge von 30 - 40% erreichen.
Um einen guten Wirkungsgrad speziell bei der Reinigung von stark verschmutztem Altpapier zu erreichen und um notwendige Reserven zu gewinnen, insbesondere für zwischengeschaltete Schieber und Messeinrichtungen zur Einstellbarkeit der Luftmenge, hat sich eine Erhöhung der möglichen Gasbeladung auf Werte von 50 - 60% als notwendig erwiesen. Solche Gasbeladungen sollen auch bei niedrigen Flüssigkeitsdurchsätzen erreichbar sein.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, bekannte Begasungsvorrichtungen der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, dass sie einer Flotationseinrichtung ein fliessfähiges Medium mit erhöhter Gasbelastung zuzuführen vermögen und zwar auch bei niedrigem Flüssigkeitsdurchsatz. Ein weiteres Ziel ist die Blasengrösse in der begasten Flüssigkeit einstellbar zu machen, um eine verbesserte Anlagerung von unterschiedlichen Teilchen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Mischlänge, die als Quotient des Mischvolumens nach der stufenförmigen Querschnittserweiterung, bei der die Gaszufuhr erfolgt und des Eintrittsquerschnittes des fliessfähigen Mediums in dieses Mischvolumen gebildet wird, mindestens einen Meter beträgt.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass neben den genannten Dimensionierungsvorschriften eine bestimmte Mischlänge zur Verfügung stehen muss, um eine höhere Gasbeladung zu erzielen. Offenbar war es bisher nicht erkannt worden, dass eine Vergrösserung der Mischlänge auf über einen Meter, unter Einhaltung der anderen Dimensionierungsvorschriften, eine Gasbeladung von über 50% erreichen lässt.
Eine Einstellung der Blasengrösse lässt sich durch unterschiedliche Turbulenzgrade erreichen. Diese können durch Aenderung der Geschwindigkeitsverhältnisse, bzw.
Einlaufdrücke und Stufendiffusor-Geometrie erreicht werden.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figur la zeigt eine Begasungsvorrichtung im Längsschnitt, Figur lb zeigt eine weitere Begasungsvorrichtung, Figuren 2a, 2b, 2c und 2d zeigen Begasungsvorrichtungen im Querschnitt mit verschiedener Anordnung der Gaszuführungen, Figur 3 zeigt eine mit einer Begasungsvorrichtung versehene Flotationseinrichtung im Schnitt, Figur 4 zeigt eine für die Papierstoffreinigung verwendbare Flotationseinrichtung in der Aufsicht, Figur 5 zeigt diese Flotationseinrichtung im Vertikalschnitt.
Figur 1 zeigt als Beispiel eine Begasungseinrichtung 1, die als zweistufiger Stufendiffusor ausgeführt ist, bei dem das fliessfähige Medium S beispielsweise eine aus Altpapier gewonnene Faserstoffsuspension ein aus mehreren Abschnitten 2, 3 und 4 bestehenden Strömungskanal durchströmt. Zwischen den einzelnen Abschnitten erweitert sich der Querschnitt stufenförmig und sprunghaft, z.B. zwischen der Eingangsstufe 2 und der folgenden Stufe 3 an der Sprungstelle 5 von einem Strömungsquerschnitt AO auf einen Querschnitt Al, sowie an der folgenden Sprungstelle 6 zwischen den Stufen 3 und 4 von einem Querschnitt Al auf den Querschnitt A2. Die Verhältnisse der Querschnitte an den einzelnen Stufen 5 und 6 sind dabei so gewählt, dass der Geschwindigkeitsabfall an jedem Stufensprung etwa gleich gross ist. Die Längen der Teilstufen L1 und L2 betragen dabei mindestens das sechsfache der Durchmesserdifferenz, die sich aus den Querschnitten Al - A0 bzw. A2 - Al ergibt.
An den sprungartigen Erweiterungen 5 und 6 bilden sich bei Durchströmung des Stufendiffusors 1 Zonen 7 mit hoher Durchmischung der Strömung und daraus resultierendem hohem Turbulenz grad in der nachfolgenden Strömung. Gleichzeitig bildet sich an diesen Stellen ein Unterdruck. Durch Oeffnungen 8, 9 wird über Zuleitungen 10, 11 ein beizumischendes Gas, beispielsweise Luft in die entsprechende Stufe 3 bzw. 4 hineingesaugt und zufolge der Wirbelströmung mit dem fliessfähigen Medium S beispielsweise einer Faserstoffsuspension, in der Form von kleinen Luftblasen vermischt.
Es sei bemerkt, dass zur Erzielung einer guten Durchmischung mindestens eine stufenartige Querschnittserweiterung vorhanden sein muss, in deren Nähe das beizumischende Gas zugeführt wird. Es können jedoch auch zwei oder mehr stufenartige Erweiterungen vorgesehen sein, um die Wirkung zu verbessern. Die Gas- oder Luftbeimischung muss an mindestens einer stufenartigen Erweiterung erfolgen, am günstigsten an der ersten Stufe, jedoch können auch an mehreren Stufen Luftzuführungen vorgesehen sein.
Um den Vorteil einer intensiven Turbulenz und Durchmischung noch besser zu nutzen, ist es von Vorteil, wie in Figur lb gezeigt, nach dem ersten Stufensprung 5 den Querschnitt auf etwa den ursprünglichen zu verengen und somit den gleichen Stufensprung 5' zu wiederholen.
Die Gas- oder Luftzuführung kann dabei, wie in Figur 2a gezeigt, lediglich an einer Stelle 12 des Umfanges mittels einer einzigen Leitung 13 erfolgen. Stattdessen können über den Umfang verteilt auch mehrere Zuführungsleitungen 14, 15, 16 und 17 vorgesehen sein, welche das Gas oder die Luft sternförmig in den Kanal hineinführen, wie Figur 2 demonstriert. Stattdessen kann die Luftzuführung auch, wie in Figur 2c gezeigt, etwa tangential erfolgen. Anstatt unmittelbar hinter der stufenartigen Erweiterung 5 bzw. 6 am Umfang des folgenden Kanalabschnittes 3 bzw. 4 kann die Luftzufuhr auch zentral über in die Strömung hineingeführte Zuführungen 10terfolgen, wie in Figur 2d gezeigt, oder aber auch über Oeffnungen in den Querflächen der stufenartigen Erweiterungen, analog zu den Beispielen in CH-581 493.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Stufendiffusors zur Verwendung für die Zufuhr einer aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspension zu einer Flotationszelle wurde ein dreistufiger Diffusor verwendet mit einem Durchmesser der ersten Zone 2 von 2,5 cm, der zweiten Zone 3 von 3 cm und der vierten Zone 4 von 4 cm. Die Luftzufuhr folgte unmittelbar nach der ersten stufenartigen Erweiterung zwischen den Abschnitten 2 und 3. Nach den bekannten Dimensionierungsvorschriften wurde bei einer frei wählbaren Länge des ersten Abschnittes 2 die Länge L1 des zweiten Abschnittes 3 mit 3,5 cm und die Länge L2 des dritten Abschnittes 4 mit 7 cm berechnet. Bei einem Durchsatz der zugeführten Faserstoff suspension von 240 l/m liess sich hiermit eine Luftbeladung von max. 30% erreichen.
Zur Steigerung der Luftbeladung wurde versucht, die einzelnen Parameter unter Beachtung der bekannten Dimensionierungsvorschriften so zu ändern, dass die gewünschte Verbesserung erreicht wurde. Ueberraschenderweise ergab sich als Bedingung für das Erreichen einer derart verbesserten Gasbeladung, dass die Mischlänge im Diffusor mindestens etwa 1 m, vorzugsweise etwa 1,5 - 2 m betragen muss, wobei dieser Wert zumindest für einen breiten Bereich von Einlauf-Durchmessern der ersten Zone 2 zwischen 1 und mehr als 2,5 cm die gewünschten Vorteile bringt. Unter der Mischlänge L ist dabei für den Fall, dass die Luftzuführung nur am ersten Stufensprung 5 erfolgt, das Verhältnis der auf den Stufensprung 5 folgenden Volumina V1 und V2 zum Eintrittsquerschnitt A0 zu verstehen. L = (v2+v1)/A03.
Bei Zuführung an mehreren Stellen sind die entsprechenden Mischlängen zu addieren. Bei dem genannten Ausführungsbeispiel mit den angeführten Querschnitten der einzelnen Abschnitte genügte es, die Längen der Abschnitte 3 und 4 auf Werte von L1 = 5 cm und L2 = 36 cm mit einer Mischlänge L = 1 m zu vergrössern, um eine Gasbeladung von mindestens 40% zu erzielen. Bei Verlängerung von L1 auf 8 cm und L2 auf 50 cm mit einer Mischlänge von L = 1,4 m ergibt sich eine Gasbeladung von ca. 50%.
Figur 3 zeigt eine speziell für die Reinigung von aus Altpapier gewonnener Faserstoffsuspension geeignete Flotationseinrichtung. Diese weist einen Flotationsbehälter 18 auf, an welchen seitlich eine Zuführvorrichtung 1 zur Zuführung der zu reinigenden Faserstoffsuspension S zusammen mit einem Gas- oder Luftstrom G angeschlossen ist. Diese Zuführvorrichtung 1 ist als Begasungsvorrichtung in der Form eines Stufendiffusors gemäss Figur 1 ausgeführt, wobei die Längen der Abschnitte 3 und 4 so gewählt sind, dass sich eine Mischlänge von wenigstens 1 m ergibt. In der in die Anlaufstrecke 19 und den eigentlichen Flotationsbehälter 18 eingeleitete Suspension schwimmen die Gasblasen mit angelagerten Fremdpartikeln zur Oberfläche bis zum Flüssigkeitsniveau als Flotationsschaum auf.
Ueber eine Ablaufrinne 20 wird dieser Flotationsschaum abgeführt, während der Gutstoff über ein Abflussrohr 21 mit einem von einem Niveauregler 23 betätigten Ventil 22 abgeführt wird. Ueblicherweise werden in einer Flotationsanlage mehrere solcher Flotationseinrichtungen hintereinander geschaltet.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Flotationseinrichtung, bei welcher der Behälter 24 zylindersymmetrisch mit vertikaler Achse 25 ausgebildet ist. Tangential an die Zylinderwand 24 sind Begasungseinrichtungen 26, 27, 28 und 29 zur Zuführung einer Faserstoffsuspension S vorgesehen, welche mit einem geeigneten Gas G, z.B. Luft begast ist. Die Begasungsvorrichtungen 26 - 29 sind jeweils aus drei parallelen Stufendiffusoren 1 gemäss Figur 1 zusammengesetzt. Die gebildeten Gasbläschen schwimmen mit angelagerten Fremdpartikeln zum Flüssigkeitsniveau N auf und werden über einen Ueberlauf 30 als Flotationsschaum abgeführt.
Abwandlungen und Weiterbildungen im Rahmen des Erfindungsgedankens sind möglich. So kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zur Erhöhung der Gasbeladung die Blasengrösse einstellen zu können. Dies kann beispielsweise durch Veränderung der Druckverhältnisse und der Geometrie der Stufen des Diffusors erreicht werden.
Damit ist es möglich, mehrere Flotationsstufen mit verschiedener Blasengrösse hintereinander zu schalten, um verschiedene Partikelarten und Partikel unterschiedlicher Grösse zu erfassen. Eine weitere Abwandlung besteht darin, durch Einbau eines statischen Mischers in den Strömungskanal die Grösse und Verteilung der Luftblasen zu beeinflussen.
Ferner sei bemerkt, dass die Form der Querschnitte der Kanalabschnitte 2, 3, 4 an sich beliebig ist. In der Regel wird zwar ein kreisförmiger Querschnitt gewählt, jedoch kann es zweckmässig sein, z.B. den letzten, zum Flotationsbehälter führenden Abschnitt 4 mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auszuführen, was in Figur 5 zu erkennen ist.
- L e e r s e i t e -

Claims

Patentansprüche 1. Begasungsvorrichtung für eine Flotationseinrichtung mit einem Kanal (1) mit wenigstens einer stufenförmgen und sprunghaften Erweiterung (5, 6) des Durchflussquerschnittes, durch den ein zu begasendes, fliessfähiges Medium geführt ist, wobei in der Nachbarschaft wenigstens einer Stelle (5, 6) mit sprunghafter Querschnittserweiterung wenigstens eine Oeffnung (8, 9) zur Gaszuführung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischlänge L, die als Quotient des Mischvolumens (V1 + V2) nach der stufenförmigen Querschnittserweiterung (8), bei der die Gaszufuhr erfolgt, und des Eintrittsquerschnittes (AO) des fliessfähigen Mediums in dieses Mischvolumen gebildet wird, mindestens 1 m beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufdurchmesser des Kanales (1) zwischen 1 und 2,5 cm beträgt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oeffnung (8, 9) für die Gaszuführung am Umfang des Kanals (1) unmittelbar nach einer sprunghaften Aenderung des Durchflussquerschnittes angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr zentral in die Strömung erfolgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Kanalquerschnitt nach einer stufenförmigen Erweiterung wieder auf den ursprünglichen Querschnitt verengt ist mit anschliessender Erweiterung.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Stufendiffusor oder unmittelbar danach ein statisches Mischorgan vorgesehen ist.
7. Verwendung der Begasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6 zur Zuführung einer gasbeladenen Suspension zu einer Flotationsvorrichtung, in welcher Fremdpartikel an die in der Suspension enthaltenen Gasblasen angelagert und als Flotationsschaum abgeführt werden.
8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flotationsstufen, bei der verschiedene Blasengrössen erzeugt werden, hintereinander angeordnet sind.
9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8 zur Reinigung einer aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspension von Fremdpartikeln.